JP7279156B2 - Electrostatic chuck and reaction chamber - Google Patents

Electrostatic chuck and reaction chamber Download PDF

Info

Publication number
JP7279156B2
JP7279156B2 JP2021517467A JP2021517467A JP7279156B2 JP 7279156 B2 JP7279156 B2 JP 7279156B2 JP 2021517467 A JP2021517467 A JP 2021517467A JP 2021517467 A JP2021517467 A JP 2021517467A JP 7279156 B2 JP7279156 B2 JP 7279156B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
heat transfer
cooling pipeline
electrostatic chuck
transfer plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021517467A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022502861A (en
Inventor
其▲偉▼ 黄
全宇 史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201811183845.3A external-priority patent/CN111048460A/en
Priority claimed from CN201821648321.2U external-priority patent/CN208923079U/en
Application filed by Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd filed Critical Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Publication of JP2022502861A publication Critical patent/JP2022502861A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7279156B2 publication Critical patent/JP7279156B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H01L21/6833Details of electrostatic chucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/15Devices for holding work using magnetic or electric force acting directly on the work
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/50Substrate holders
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

この開示は、概して半導体製造の分野に、より詳しくは、静電チャックおよび反応チャンバに関する。 TECHNICAL FIELD This disclosure relates generally to the field of semiconductor manufacturing, and more particularly to electrostatic chucks and reaction chambers.

近年は、半導体製造の分野において、アルミニウム(Al)薄膜の形成のために物理蒸着(以下、PVDと呼ぶ)テクノロジが広く使用されている。しかしながら、Al薄膜形成のプロセスでは、一般的に存在する問題として、チャンバ内における不純物の存在に起因して、棘状または角張ったウィスカ欠陥の生成を生じさせる薄膜材料の異常成長が生じ得る。ウィスカ欠陥のサイズが充分に大きいときには、製品収率に影響が及ぶことがある。したがって、Al膜の堆積の間における不純物生成のコントロールは、ウィスカ欠陥の生成をコントロールする重要な方法であり、かつその方策である。 In recent years, physical vapor deposition (hereinafter referred to as PVD) technology has been widely used for the formation of aluminum (Al) thin films in the field of semiconductor manufacturing. However, in the process of Al thin film formation, a commonly existing problem is that due to the presence of impurities in the chamber, abnormal growth of the thin film material can occur, resulting in the formation of thorny or angular whisker defects. When the whisker defect size is large enough, product yield can be impacted. Therefore, control of impurity generation during deposition of Al film is an important method and strategy for controlling whisker defect generation.

Al薄膜の堆積、ウェファの固定、支持、または移送、および温度コントロールの実現にPVD装置が使用されるとき、ウェファを担持するためのベースとして、一般に高温静電チャックが使用される。現在の静電チャックは、ウェファの温度をコントロールするための温度コントロール・デバイスを含む。その温度コントロール・デバイスは、ウェファを担持するための断熱層と、断熱層に熱を提供するための加熱体と、加熱体を冷却するための冷却パイプを含む。 A high temperature electrostatic chuck is commonly used as the base to support the wafer when the PVD apparatus is used to deposit Al thin films, fix, support or transfer the wafer, and achieve temperature control. Current electrostatic chucks include temperature control devices to control the temperature of the wafer. The temperature control device includes an insulating layer for carrying the wafer, a heating element for providing heat to the insulating layer, and cooling pipes for cooling the heating element.

既存の温度コントロール・デバイスは、実際的な応用において以下のような問題を必然的に有する。すなわち、加熱体が冷却パイプラインと直接接触していることから、冷却パイプラインへの冷却水の導入が非プロセス時間の間にのみ可能であり、高温プロセスの間における導入は不可能であるか、もしくは冷却パイプライン内の水が沸騰することになる。しかしながら、プロセスの間における冷却パイプラインの故障は、生成された熱が遅れることなく効果的に排出されることが不可能になることから、加熱体の温度の漸進的な上昇をもたらしかねない。その結果、ウィスカ欠陥が増加し、製品収率が深刻な影響を受ける。 Existing temperature control devices inevitably have the following problems in practical applications. That is, since the heating element is in direct contact with the cooling pipeline, is the introduction of cooling water into the cooling pipeline possible only during non-process times and not during high-temperature processes? or the water in the cooling pipeline will boil. However, a failure of the cooling pipeline during the process can result in a gradual increase in the temperature of the heating element as the heat generated cannot be effectively discharged in time. As a result, whisker defects increase and product yield is severely affected.

この開示には、既存のテクノロジの技術的な問題の1つを少なくとも解決することが意図されている。この開示は、加熱体に対する安定した温度コントロールを実現し、ウィスカ欠陥を効果的に減らし、かつ製品収率を向上させることが可能な静電チャックおよび反応チャンバを提供する。 This disclosure is intended to solve at least one technical problem of existing technology. This disclosure provides an electrostatic chuck and reaction chamber that can achieve stable temperature control for the heating body, effectively reduce whisker defects, and improve product yield.

この開示の実施態様は、この開示の意図された目的を実現するための静電チャックを提供する。静電チャックは、断熱層と、その断熱層のボトムに配置された加熱体とを含む。前記静電チャックは、さらに、
前記加熱体の下側に、前記加熱体から間隔が開けられて配置された、冷却液を移送するべく構成された冷却パイプラインと;
前記加熱体および前記冷却パイプラインのそれぞれと接続された、前記加熱体から前記冷却パイプラインへ熱を伝達するべく構成された薄壁構造と、
を含む。
Embodiments of this disclosure provide an electrostatic chuck for achieving the intended purpose of this disclosure. The electrostatic chuck includes a heat insulating layer and a heating element positioned at the bottom of the heat insulating layer. The electrostatic chuck further comprises:
a cooling pipeline configured to convey a cooling liquid, positioned below the heating body and spaced from the heating body;
a thin-walled structure connected with each of said heating body and said cooling pipeline and configured to transfer heat from said heating body to said cooling pipeline;
including.

オプションにおいては、前記薄壁構造が、薄壁形状の伝熱プレートを含む。 Optionally, said thin-walled structure comprises a thin-walled heat transfer plate.

オプションにおいては、前記薄壁構造が、さらに、リング形状のコネクタを含む。前記リング形状のコネクタは、前記加熱体のボトムに接続され、前記冷却パイプラインの周囲を囲んで配置される。
前記伝熱プレートは、リング形状であり、前記伝熱プレートの内壁および外壁は、前記冷却パイプラインおよび前記リング形状のコネクタと、それぞれ接触している。
Optionally, said thin-walled structure further comprises a ring-shaped connector. The ring-shaped connector is connected to the bottom of the heating element and arranged around the cooling pipeline.
The heat transfer plate is ring-shaped, and the inner and outer walls of the heat transfer plate are in contact with the cooling pipeline and the ring-shaped connector, respectively.

オプションにおいては、前記伝熱プレートの軸方向の厚さおよび半径方向の長さ、および/または前記伝熱プレートの前記内壁および前記外壁が前記冷却パイプおよび前記リング形状のコネクタとそれぞれ接触する接触面積が、前記伝熱プレートの熱消散効率をコントロールするべく設定される。 optionally the axial thickness and radial length of said heat transfer plate and/or the contact area where said inner wall and said outer wall of said heat transfer plate contact with said cooling pipe and said ring-shaped connector respectively is set to control the heat dissipation efficiency of the heat transfer plate.

オプションにおいては、前記伝熱プレートの熱消散効率が、10Wから500Wまでの範囲である。 Optionally, the heat dissipation efficiency of said heat transfer plate ranges from 10W to 500W.

オプションにおいては、前記伝熱プレートと前記冷却パイプラインが、溶接によって接続される。 Optionally, said heat transfer plate and said cooling pipeline are connected by welding.

オプションにおいては、前記薄壁構造が、さらに、
前記冷却パイプラインと接触し、前記加熱体の前記ボトムと対向して、前記加熱体によって熱放射態様で放射された熱を吸収して前記熱を前記冷却パイプラインへ伝達するべく構成された吸熱アッセンブリ、
を含む。
Optionally, said thin-walled structure further comprises:
a heat sink in contact with the cooling pipeline and opposite the bottom of the heating body and configured to absorb heat radiated by the heating body in a radiant manner and transfer the heat to the cooling pipeline; assembly,
including.

オプションにおいては、前記吸熱アッセンブリが、前記冷却パイプラインと固定的に接続された吸熱プレートを含む。複数の吸熱シートが、前記吸熱プレートの表面に、前記加熱体と対向して配置されている。 Optionally, said heat sink assembly includes a heat sink plate fixedly connected to said cooling pipeline. A plurality of heat absorbing sheets are arranged on the surface of the heat absorbing plate so as to face the heating element.

オプションにおいては、前記複数の吸熱シートが、異なる直径を伴った複数のリング構造を含む。前記複数のリング構造は、同心に配置される。 Optionally, said plurality of heat absorbing sheets comprises a plurality of ring structures with different diameters. The plurality of ring structures are arranged concentrically.

オプションにおいては、前記冷却パイプラインが、前記吸熱プレートの軸周りに配置される。 Optionally, the cooling pipeline is arranged around the axis of the heat sink plate.

オプションにおいては、前記冷却パイプラインと前記加熱体の間の垂直距離が、2mmから30mmまでの範囲である。 Optionally, the vertical distance between said cooling pipeline and said heating body is in the range from 2mm to 30mm.

オプションにおいては、前記冷却パイプラインと前記加熱体の間の前記垂直距離が、5mmである。 Optionally, said vertical distance between said cooling pipeline and said heating body is 5 mm.

別の技術的解決策として、この開示はさらに、この開示によって提供される静電チャックを含む反応チャンバを提供する。 As another technical solution, this disclosure further provides a reaction chamber including the electrostatic chuck provided by this disclosure.

この開示は、以下に示す有益な効果を有する。 This disclosure has the following beneficial effects.

この開示によって提供される静電チャックは、冷却パイプラインおよび薄壁構造を使用して、プロセスの間にわたる加熱体の熱消散を実現できる。加熱体から間隔を開けて冷却パイプラインを配置することによって、高温プロセスの間における冷却パイプライン内に導入される冷却液の沸騰を回避できる。したがって、ウィスカ欠陥が効果的に低減されるプロセスの間における正常な使用について、冷却パイプラインを保証することができる。その結果、製品収率を向上させ得る。 The electrostatic chuck provided by this disclosure can use cooling pipelines and thin-walled structures to provide heat dissipation for the heating element throughout the process. By spacing the cooling pipeline from the heating body, boiling of the coolant introduced into the cooling pipeline during high temperature processes can be avoided. Therefore, the cooling pipeline can be guaranteed for normal use during the process in which whisker defects are effectively reduced. As a result, product yield can be improved.

この開示によって提供される反応チャンバは、この開示によって提供される静電チャックを使用することによって、プロセスの間にわたる加熱体のための安定した温度コントロールを実現し得る。この反応チャンバは、プロセスの間にわたり、加熱体のための安定した温度コントロールを実現し、ウィスカ欠陥を効果的に低減し得る。その結果、製品収率を向上させ得る。 The reaction chamber provided by this disclosure can achieve stable temperature control for the heating element throughout the process by using the electrostatic chuck provided by this disclosure. This reaction chamber can realize stable temperature control for the heating element and effectively reduce whisker defects during the process. As a result, product yield can be improved.

既存の静電チャックの温度コントロール・デバイスの概略の構造図である。1 is a schematic structural diagram of an existing electrostatic chuck temperature control device; FIG. 既存のテクノロジにおける加熱体温度とウィスカ欠陥の増加傾向を示した概略のグラフである。4 is a schematic graph showing the heating element temperature and increasing trend of whisker defects in the existing technology. この開示の第1の実施態様に従った静電チャックの温度コントロール・デバイスの概略の構造図である。1 is a schematic structural diagram of a temperature control device for an electrostatic chuck according to a first embodiment of this disclosure; FIG. この開示の第2の実施態様に従った静電チャックの温度コントロール・デバイスの概略の構造図である。FIG. 4 is a schematic structural diagram of a temperature control device for an electrostatic chuck according to a second embodiment of this disclosure; この開示の第2の実施態様に従った熱吸収アッセンブリの概略の上面図である。FIG. 4 is a schematic top view of a heat absorbing assembly according to a second embodiment of the disclosure; この開示の第2の実施態様に従った静電チャックの概略の熱フロー図である。FIG. 4 is a schematic thermal flow diagram of an electrostatic chuck according to a second embodiment of this disclosure; この開示の第2の実施態様に従った加熱体温度とウィスカ欠陥の増加の傾向を示した概略のグラフである。FIG. 5 is a schematic graph showing the trend of heater temperature and increase in whisker defects according to the second embodiment of the present disclosure; FIG.

この分野における当業者が、この開示の技術的解決策をより良好に理解するために、この開示によって提供される静電チャックおよび反応チャンバを、次に、添付図面との関連から詳細に説明する。 For those skilled in the art to better understand the technical solutions of this disclosure, the electrostatic chuck and reaction chamber provided by this disclosure will now be described in detail in conjunction with the accompanying drawings. .

図1は、既存の静電チャックの温度コントロール・デバイスの概略の構造図である。図1に示されているとおり、この温度コントロール・デバイスは、静電チャックの断熱層のボトムに配置され、かつ熱を提供するべく構成された加熱体1と、加熱体1のボトムに配置され、かつ加熱体1を冷却するべく構成された冷却パイプライン2とを含む。 FIG. 1 is a schematic structural diagram of an existing electrostatic chuck temperature control device. As shown in FIG. 1, the temperature control device includes a heating element 1 arranged at the bottom of the thermal insulation layer of the electrostatic chuck and configured to provide heat, and a heating element 1 arranged at the bottom of the heating element 1. , and a cooling pipeline 2 configured to cool the heating body 1 .

アルミニウム(Al)薄膜の堆積プロセスの実施にPVD装置が使用されるとき、Al薄膜の堆積プロセスのプロセス温度は、通常、270℃である。プロセスの間にターゲットからスパッタリングされるターゲット材料は、高いエネルギを担持していることがあり得る。ターゲット材料がウェファ上に堆積されるとき、ウェファの温度が上昇する可能性がある。ウェファの熱を、静電チャックのボトムにある加熱体1へ、静電チャックを通じて伝達することができ、それが加熱体1の温度を上昇させる。しかしながら、加熱体1が冷却パイプ2と直接接触していることから、冷却パイプ2への冷却水の導入は、非プロセス時間の間においてのみ可能であり、高温プロセスの間における冷却パイプ2への冷却水の導入は不可能であるか、もしくは冷却パイプ2内の水が沸騰する可能性がある。しかしながら、プロセスの間における冷却パイプ2の故障は、生成された熱が遅れることなく効果的に排出され得ないために、加熱体1の温度の漸進的な上昇をもたらしかねない。図2は、既存のテクノロジにおける加熱体の温度上昇とウィスカ欠陥の増加傾向の概略を示している。図2に示されているとおり、加熱体1の温度が上昇するとき、ウィスカ欠陥が増加し、それが製品収率に深刻な影響を及ぼす。 When a PVD apparatus is used to carry out the aluminum (Al) thin film deposition process, the process temperature of the Al thin film deposition process is usually 270°C. Target material sputtered from the target during the process can carry high energies. As the target material is deposited onto the wafer, the temperature of the wafer can increase. The heat of the wafer can be transferred through the electrostatic chuck to the heating element 1 at the bottom of the electrostatic chuck, which increases the temperature of the heating element 1 . However, since the heating element 1 is in direct contact with the cooling pipe 2, the introduction of cooling water into the cooling pipe 2 is only possible during non-process times, and the cooling water into the cooling pipe 2 during high temperature processes. Either the introduction of cooling water is not possible or the water in the cooling pipe 2 can boil. However, a failure of the cooling pipe 2 during the process can lead to a gradual increase in the temperature of the heating element 1 because the heat generated cannot be discharged effectively in time. FIG. 2 outlines the temperature rise of the heater and the increasing tendency of whisker defects in the existing technology. As shown in FIG. 2, when the temperature of heating element 1 increases, whisker defects increase, which seriously affects the product yield.

上に述べられている問題を解決するために、この開示は、断熱層を含む静電チャックを提供する。その断熱層は、処理されるべきワークピースの担持に使用され得る。断熱層内には直流(DC)電極を配置することができ、それを、ワークピースとDC電極の間に静電引力を発生させて、処理されるべきワークピースを固定するべく構成することが可能である。いくつかの実施態様においては、断熱層が、セラミック材料(たとえば、Al)から作られる。 To solve the problems mentioned above, this disclosure provides an electrostatic chuck that includes an insulating layer. The thermal insulation layer can be used to carry the workpiece to be processed. A direct current (DC) electrode may be disposed within the insulating layer and configured to generate an electrostatic attraction between the workpiece and the DC electrode to secure the workpiece to be processed. It is possible. In some embodiments, the thermal insulation layer is made from a ceramic material (eg, Al2O3 ).

第1の実施態様
図3を参照すると、この開示の実施態様によって提供される静電チャックは、断熱層(図示せず)および断熱層のボトムに配置される加熱体3を含んでおり、また、冷却パイプライン5および薄壁構造も含んでいる。冷却パイプライン5は、加熱体3の下側に配置され、加熱体3からは間隔が開けられている。すなわち、冷却パイプライン5および加熱体3は、完全に非接触である。薄壁構造は、加熱体3および冷却パイプライン5に接続されており、プロセスの間における加熱体3からの熱を消散させ、かつ冷却パイプライン5へ熱を伝達するべく構成されている。プロセスの間においては、薄壁構造が、事実上、加熱体3からの熱を冷却パイプ5へ、適時的かつ効果的に伝達し得る。それに加えて、冷却機能を実現することが可能な冷却水またはそのほかの冷却液を、冷却パイプ5内へ、最終的に加熱体3からの熱を消散させるべく導入できる。冷却パイプライン5が、加熱体3から間隔を開けて配置されていることから、(1つ以上の)高温プロセスの間における、冷却パイプライン5内へ導入された冷却液の沸騰を回避できる。したがって、プロセスの間にわたって冷却パイプライン5が正常に使用されることを保証できる。その結果、ウィスカ欠陥が効果的に低減され、製品収率を向上させ得る。
First Embodiment Referring to FIG. 3, an electrostatic chuck provided by an embodiment of the present disclosure includes a heat insulating layer (not shown) and a heating element 3 positioned at the bottom of the heat insulating layer, and , cooling pipelines 5 and thin-walled structures. The cooling pipeline 5 is arranged below the heating body 3 and is spaced from the heating body 3 . That is, the cooling pipeline 5 and the heating element 3 are completely contactless. The thin-walled structure is connected to the heating body 3 and the cooling pipeline 5 and is configured to dissipate heat from the heating body 3 and transfer heat to the cooling pipeline 5 during the process. During the process, the thin-walled structure can effectively transfer heat from the heating element 3 to the cooling pipes 5 in a timely and efficient manner. In addition, cooling water or other cooling liquid capable of performing a cooling function can be introduced into the cooling pipe 5 to ultimately dissipate the heat from the heating element 3 . Since the cooling pipeline 5 is spaced from the heating body 3, boiling of the cooling liquid introduced into the cooling pipeline 5 during the high temperature process(es) can be avoided. Thus, it can be ensured that the cooling pipeline 5 is used normally throughout the process. As a result, whisker defects can be effectively reduced, improving product yield.

いくつかの実施態様においては、冷却パイプライン5は、加熱体3の周囲を囲んで配置されて冷却の一様性を向上させ得る。 In some embodiments, the cooling pipeline 5 may be placed around the heating element 3 to improve cooling uniformity.

いくつかの実施態様においては、薄壁構造が、リング形状のコネクタ4および薄壁形状の伝熱プレート6を含む。リング形状のコネクタ4は、加熱体3のボトムに接続されており、かつ冷却パイプライン5の周囲を囲んで配置されている。 In some embodiments, the thin-walled structure includes a ring-shaped connector 4 and a thin-walled heat transfer plate 6 . A ring-shaped connector 4 is connected to the bottom of the heating element 3 and is arranged around the cooling pipeline 5 .

伝熱プレート6は、リング形状であり、伝熱プレート6の内壁および外壁は、冷却パイプ5およびリング形状のコネクタ4と、それぞれ接触している。加熱体3からの熱は、リング形状のコネクタ4を通じて伝熱プレート6へ伝達され、また、伝熱プレート6を通じて冷却パイプライン5へ伝達される。伝熱プレートは、薄壁形状であり、このことは、伝熱プレートの方向の厚さが、半径方向の長さよりはるかに小さいことを意味する。 The heat transfer plate 6 is ring-shaped, and the inner wall and the outer wall of the heat transfer plate 6 are in contact with the cooling pipe 5 and the ring-shaped connector 4, respectively. Heat from the heating element 3 is transferred through the ring-shaped connector 4 to the heat transfer plate 6 and through the heat transfer plate 6 to the cooling pipeline 5 . The heat transfer plates are thin-walled, which means that their axial thickness is much smaller than their radial length.

伝熱プレート6の薄壁特性によれば、伝熱プレート6がリング形状のコネクタ4を通じて加熱体3と接触できるとしてさえも、伝熱プレート6の熱消散効率が高くなりすぎないようにできる。したがって、冷却パイプライン5の冷却液の沸騰をさらに回避することができる。それに加えて、伝熱プレート6の薄壁特性によれば、伝熱プレート6の構造およびサイズは、伝熱速度を正確にコントロールできるように、平板熱伝達原理の式に従って設計され得る。したがって、最適熱消散効率を獲得するべく、プロセスの間における加熱体3のための安定した温度コントロールが実現され得る。 The thin-walled properties of the heat transfer plate 6 ensure that the heat dissipation efficiency of the heat transfer plate 6 is not too high, even though the heat transfer plate 6 can contact the heating element 3 through the ring-shaped connector 4 . Boiling of the coolant in the cooling pipeline 5 can thus be further avoided. In addition, due to the thin wall characteristic of the heat transfer plate 6, the structure and size of the heat transfer plate 6 can be designed according to the formula of flat plate heat transfer principle so that the heat transfer rate can be precisely controlled. Therefore, stable temperature control for the heating element 3 during the process can be achieved to obtain optimum heat dissipation efficiency.

具体的には、上に述べられている平板熱伝達原理の式は、次のとおりである:
Q=λ(T1-T2)tA/δ
これにおいて、Qは、伝熱プレート6によって伝達される秒当たりの熱量を示し、かつJの単位を有し、λは、伝熱プレート6の熱伝導率を示し、かつW/(M・K)の単位を有し、T1-T2は、リング形状のコネクタ4と冷却パイプライン5の間における温度差を示し、かつKの単位を有し、tは、伝熱時間を示し、かつ秒の単位を有し、Aは、接触面積を示し、かつmの単位を有し、δは、伝熱プレート6の厚さを示し、かつmの単位を有する。
Specifically, the formula for the flat plate heat transfer principle set forth above is:
Q=λ(T1−T2)tA/δ
where Q denotes the amount of heat per second transferred by the heat transfer plate 6 and has units of J, λ denotes the thermal conductivity of the heat transfer plate 6 and W/(M K ), T1-T2 denotes the temperature difference between the ring-shaped connector 4 and the cooling pipeline 5, and has the unit of K, t denotes the heat transfer time, and A indicates the contact area and has the unit of m2 , δ indicates the thickness of the heat transfer plate 6 and has the unit of m.

たとえば、伝熱プレート6がリング形状のコネクタ4と接触しているところの温度T1は、約250℃であり、伝熱プレート6が冷却パイプライン5と接触しているところの温度T2は、約40℃であり、伝熱プレート6の厚さは、0.2mm、かつ接触面積は、1.256E-4mである。上のパラメータを平板熱伝達原理の式に代入することによって、秒当たり伝熱プレートによって伝達される熱量Qが計算され、約52Jを得る。すなわち、この動作条件の下における伝熱プレート6の熱消散効率は、52Wである。 For example, the temperature T1 at which the heat transfer plate 6 is in contact with the ring-shaped connector 4 is approximately 250° C., and the temperature T2 at which the heat transfer plate 6 is in contact with the cooling pipeline 5 is approximately The temperature is 40° C., the thickness of the heat transfer plate 6 is 0.2 mm, and the contact area is 1.256E-4 m 2 . By substituting the above parameters into the equation for the plate heat transfer principle, the amount of heat Q transferred by the heat transfer plate per second is calculated, yielding about 52J. That is, the heat dissipation efficiency of the heat transfer plate 6 under this operating condition is 52W.

上記の原理に基づき、伝熱プレート6のサイズおよび接触面積を変更することによって、熱消散効率を10Wから500Wの範囲内においてコントロールすることが可能である。 Based on the above principle, by changing the size and contact area of the heat transfer plate 6, the heat dissipation efficiency can be controlled within the range of 10W to 500W.

上に述べられている平板熱伝達原理の式によれば、伝熱プレート6の軸方向の厚さおよび半径方向の長さ、および/または伝熱プレート6の内および外壁が、冷却パイプ5およびリング形状のコネクタ4とそれぞれ接触している接触面積を設定することによって、伝熱プレートの熱消散効率がコントロールされ得る。 According to the equations of the flat plate heat transfer principle set forth above, the axial thickness and radial length of the heat transfer plate 6 and/or the inner and outer walls of the heat transfer plate 6 are equal to the cooling pipes 5 and By setting the contact area respectively in contact with the ring-shaped connector 4, the heat dissipation efficiency of the heat transfer plate can be controlled.

いくつかの実施態様においては、伝熱プレート6と冷却パイプライン5を、溶接によって接続することができる。それに加えて、伝熱プレート6とリング形状のコネクタ4もまた溶接によって接続するか、または互いに単純に取り付けることが可能である。 In some embodiments, the heat transfer plate 6 and the cooling pipeline 5 can be connected by welding. In addition, the heat transfer plate 6 and the ring-shaped connector 4 can also be connected by welding or simply attached to each other.

いくつかの実施態様においては、リング形状のコネクタ4をベローズに接続して、チャンバの真空シールを達成できる。具体的に述べれば、リング形状のコネクタ4は、伝熱リングも含み得る。その伝熱リングの上側端部が加熱体3のボトムに接続されており、その伝熱リングの下側端部が、リング形状の突出部を含んでいる。リング形状の突出部は、伝熱リングの内壁に関して突出しており、伝熱プレート6と接触している。それに加えて、上側フランジがベローズのトップに配置され、リング形状の突出部によりシールされ、かつそれと接続される。下側フランジがベローズのボトムに配置され、反応チャンバのボトム・チャンバ壁によりシールされ、かつそれと接続される。それに加えて、スルーホールが、ボトムのチャンバ壁に設けられている。このスルーホールは、ベローズの内側に位置する。昇降シャフトが、チャンバの外側からチャンバの内側へ、スルーホールを通って垂直上向きに延びている。この昇降シャフトには、ベローズの内側でスリーブが被着される。昇降シャフトの上側端部は、上側フランジに接続されており、昇降シャフトの下側端部は、駆動源に接続されている。その駆動源によって昇降シャフトが駆動されて、静電チャックを駆動して上下動させる。したがって、チャンバのシールが確保され得る。 In some embodiments, a ring-shaped connector 4 can be connected to the bellows to achieve a vacuum seal of the chamber. Specifically, the ring-shaped connector 4 may also include a heat transfer ring. The upper end of the heat transfer ring is connected to the bottom of the heating body 3 and the lower end of the heat transfer ring includes a ring-shaped protrusion. A ring-shaped protrusion protrudes relative to the inner wall of the heat transfer ring and is in contact with the heat transfer plate 6 . In addition, an upper flange is located on top of the bellows and is sealed by and connected with a ring-shaped projection. A lower flange is positioned at the bottom of the bellows and is sealed by and connected with the bottom chamber wall of the reaction chamber. In addition, through holes are provided in the bottom chamber wall. This through hole is located inside the bellows. A lift shaft extends vertically upward through the through-hole from the outside of the chamber to the inside of the chamber. A sleeve is applied to the lift shaft inside the bellows. The upper end of the lift shaft is connected to the upper flange and the lower end of the lift shaft is connected to the drive source. The drive source drives the elevating shaft to drive the electrostatic chuck to move it up and down. Sealing of the chamber can thus be ensured.

いくつかの実施態様においては、リング形状のコネクタ4のリング形状の突出部と上に述べられている上側フランジをシールし、溶接によって接続することができる。そのシール方法は、高い真空と粒状度が求められる高温チャンバに適用することが可能である。 In some embodiments, the ring-shaped protrusion of the ring-shaped connector 4 and the upper flange mentioned above can be sealed and connected by welding. The sealing method is applicable to high temperature chambers where high vacuum and granularity are required.

いくつかの実施態様においては、冷却パイプライン5と加熱体3の間の距離が、2mmから30mmまでの範囲であり、好ましくは5mmである。その範囲内においては、高温動作の間における冷却パイプライン5内に導入される冷却液の沸騰が回避され得て、加熱体3からの熱を、遅れることなく効果的に消散させ得る。 In some embodiments, the distance between cooling pipeline 5 and heating element 3 is in the range of 2 mm to 30 mm, preferably 5 mm. Within that range, boiling of the cooling liquid introduced into the cooling pipeline 5 during high temperature operation can be avoided and the heat from the heating element 3 can be effectively dissipated without delay.

いくつかの実施態様においては、伝熱プレート6が、リング形状のコネクタ4を通じて加熱体3の冷却を実現できるが、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、リング形状のコネクタ4を省略することもできる。伝熱プレート6は、加熱体3および冷却パイプライン5に接続することができる。したがって、伝熱プレート6が、加熱体3からの熱を冷却パイプライン5へ伝達することもできる。それに加えて、伝熱プレート6の薄壁特性の助けを借りて、伝熱プレート6が加熱体3と直接接触している場合でさえ、冷却パイプ5内の冷却液の沸騰を生じさせることは可能でない。それにより、プロセスの間における加熱体3の冷却を実現できる。 In some embodiments, the heat transfer plate 6 can provide cooling of the heating element 3 through the ring-shaped connector 4, although this disclosure is not so limited. In practical applications, the ring-shaped connector 4 can also be omitted. The heat transfer plate 6 can be connected to the heating body 3 and the cooling pipeline 5 . Therefore, the heat transfer plate 6 can also transfer heat from the heating element 3 to the cooling pipeline 5 . In addition, with the help of the thin-walled properties of the heat transfer plates 6, even when the heat transfer plates 6 are in direct contact with the heating element 3, boiling of the coolant in the cooling pipes 5 cannot occur. Not possible. Cooling of the heating element 3 during the process can thereby be achieved.

注意する必要があるが、いくつかの実施態様においては、薄壁構造が、薄壁形状の伝熱プレート6を含む。しかしながら、この開示が、これに限定されることはない。実際的な応用においては、薄壁構造は、それが冷却パイプライン5内の冷却液が沸騰しないことを確保する一方、加熱体3の熱消散を実現することが可能である限りにおいて、任意のそのほかの構造も含み得る。 It should be noted that in some embodiments the thin-walled structure includes thin-walled heat transfer plates 6 . However, the disclosure is not so limited. In practical application, the thin-walled structure is optional as long as it is possible to achieve heat dissipation of the heating element 3 while ensuring that the coolant in the cooling pipeline 5 does not boil. Other structures may also be included.

第2の実施態様
図4を参照すると、この開示の実施態様によって提供される静電チャックが、第1の実施態様に基づいてなされた改良を含む。具体的に述べれば、この静電チャックもまた、断熱層、断熱層のボトムに配置された加熱体3、冷却パイプライン5、リング形状のコネクタ4、および伝熱プレート6を含んでいる。これらの構成要素の構造および機能は、第1の実施態様の中で詳細に説明されていることから、ここでは説明しない。
Second Embodiment Referring to FIG. 4, an electrostatic chuck provided by an embodiment of this disclosure includes improvements made based on the first embodiment. Specifically, this electrostatic chuck also includes a heat insulating layer, a heating element 3 located at the bottom of the heat insulating layer, a cooling pipeline 5 , a ring-shaped connector 4 and a heat transfer plate 6 . The structure and function of these components are described in detail in the first embodiment, so they will not be described here.

いくつかの実施態様においては、その静電チャックが、さらに吸熱アッセンブリを含む。吸熱アッセンブリは、冷却パイプライン5と接触しており、かつ加熱体のボトムと対向して配置されている。吸熱アッセンブリは、加熱体3によって熱放射態様で放射される熱を吸収し、その熱を冷却パイプライン5へ伝達するべく構成される。 In some embodiments, the electrostatic chuck further includes an endothermic assembly. The endothermic assembly is in contact with the cooling pipeline 5 and is positioned opposite the bottom of the heating element. The endothermic assembly is arranged to absorb the heat radiated by the heating body 3 in a radiative manner and transfer the heat to the cooling pipeline 5 .

吸熱アッセンブリの助けを借りて、加熱体3の熱消散が、特に、加熱体3の中心エリアの熱消散がさらに増加され得る。したがって、中心エリアの熱消散レートは、加熱体3の中心エリアと縁エリアの間における温度差を補償するように、縁エリアの熱消散レートより速くすることができる(プロセスの間における中心エリアの温度上昇は、より深刻である)。その結果、加熱体3の温度の一様性が向上され、また処理されるべきワークピースの温度の一様性が向上され得る。 With the help of an endothermic assembly, the heat dissipation of the heating body 3, especially in the central area of the heating body 3, can be further increased. Therefore, the heat dissipation rate of the central area can be faster than the heat dissipation rate of the edge area so as to compensate for the temperature difference between the central area and the edge area of the heating element 3 (heat dissipation rate of the central area during the process). temperature rise is more severe). As a result, the temperature uniformity of the heating element 3 can be improved and the temperature uniformity of the workpiece to be treated can be improved.

いくつかの実施態様においては、吸熱アッセンブリが吸熱プレート7を含む。吸熱プレート7は、冷却パイプライン5と固定的に接続されている。それに加えて、複数の吸熱シート8が吸熱プレート7の表面に配置され、加熱体3と対向している。加熱体4からの熱は、熱放射および空気の熱対流を通じて吸熱シート8に伝わり、吸熱プレート7を通じて冷却パイプライン5に伝わり得る。 In some embodiments, the endothermic assembly includes an endothermic plate 7 . The heat-absorbing plate 7 is fixedly connected with the cooling pipeline 5 . In addition, a plurality of heat absorbing sheets 8 are arranged on the surface of the heat absorbing plate 7 and face the heater 3 . Heat from the heating element 4 can be transferred to the heat absorbing sheet 8 through heat radiation and air heat convection, and can be transferred to the cooling pipeline 5 through the heat absorbing plate 7 .

いくつかの実施態様においては、図5に示されているとおり、複数の吸熱シート8は、内径が異なる複数のリング構造を含む。複数のリング構造は、同心に配置される。その結果、加熱体3の冷却の一様性が向上され、加熱体3の温度の一様性がさらに向上され得る。 In some embodiments, as shown in FIG. 5, the multiple heat absorbing sheets 8 include multiple ring structures with different inner diameters. The multiple ring structures are concentrically arranged. As a result, the uniformity of cooling of the heating element 3 is improved, and the uniformity of the temperature of the heating element 3 can be further improved.

当然のことながら、実際的な応用においては、具体的なニーズに応じて吸熱シートのサイズ(高さ、厚さ、間隔、分布位置等を含む)を設計することが可能である。 Of course, in practical applications, the size of the heat-absorbing sheet (including height, thickness, spacing, distribution position, etc.) can be designed according to specific needs.

いくつかの実施態様においては、伝熱の一様性を向上させるために、冷却パイプライン5が、吸熱プレート7の軸周りに配置される。 In some embodiments, a cooling pipeline 5 is arranged around the axis of the heat sink plate 7 to improve heat transfer uniformity.

それに加えて、中心孔71が吸熱プレート7に配置されており、静電チャックへの、またはそこからのDC電極または加熱電極の配線がなされるべく構成されている。 Additionally, a central hole 71 is located in the heat sink plate 7 and is configured for wiring of DC or heating electrodes to and from the electrostatic chuck.

以下においては、PVDプロセスを例にとり、この開示の実施態様によって提供される静電チャックの熱フロー分布について詳細に説明する。図6を参照するが、PVDプロセスが実施されるとき、ターゲット9がプラズマ照射されて金属イオンが生成される。金属イオンは、ターゲット9からウェファ11の表面へ移動し、特定の量のエネルギを運ぶ。そのエネルギは、金属イオンがウェファ11と接触した後に熱に変換され、それがウェファ11へ伝達され得る。このとき、ウェファ11の中心エリアがより多くのエネルギを獲得し、ウェファ11の縁エリアがより少ないエネルギしか獲得できないことはあり得る。ウェファ11は、そのエネルギを静電チャックの断熱層12へ伝達できる。断熱層12は、そのエネルギを加熱体3へ伝達できる。加熱体3からの熱は、同時に2つの経路を通って冷却パイプライン5へ伝達され、冷却パイプライン5内の冷却液を通じて消散され得る。第1の経路は、リング形状のコネクタ4を通じて伝熱プレート6へ熱を伝導し、その後、冷却パイプ5へ伝達できる経路である。第2の経路は、熱放射および空気の熱対流を通じて吸熱シート8および吸熱プレート7へ熱を伝達し、その後、冷却パイプライン5へ伝達できる経路である。 In the following, a PVD process is taken as an example to describe in detail the heat flow distribution of the electrostatic chuck provided by the embodiments of the present disclosure. Referring to FIG. 6, when the PVD process is performed, the target 9 is plasma irradiated to produce metal ions. Metal ions migrate from the target 9 to the surface of the wafer 11 and carry a certain amount of energy. That energy is converted into heat after the metal ions contact the wafer 11 , which can be transferred to the wafer 11 . It is then possible that the center area of the wafer 11 will gain more energy and the edge area of the wafer 11 will gain less energy. The wafer 11 can transfer its energy to the insulating layer 12 of the electrostatic chuck. The heat insulating layer 12 can transfer the energy to the heating element 3 . Heat from the heating element 3 can be transferred to the cooling pipeline 5 through two paths at the same time and dissipated through the cooling liquid in the cooling pipeline 5 . A first path is a path through which heat can be conducted through the ring-shaped connector 4 to the heat transfer plate 6 and then to the cooling pipes 5 . The second path is the path through which heat can be transferred to the heat-absorbing sheet 8 and heat-absorbing plate 7 through thermal radiation and air thermal convection, and then to the cooling pipeline 5 .

図7に示されているとおり、この開示の実施態様によって提供される静電チャックを使用することによって、プロセスの間にわたって、加熱体3の温度が基本的に一定に維持される。熱平衡が実現される。したがって、ウィスカ欠陥が効果的に低減され得る。 As shown in FIG. 7, the temperature of heating element 3 is maintained essentially constant throughout the process by using an electrostatic chuck provided by embodiments of this disclosure. Thermal equilibrium is achieved. Therefore, whisker defects can be effectively reduced.

別の技術的解決策として、この開示は、反応チャンバも提供する。その反応チャンバは、この開示の実施態様によって提供される静電チャックを含む。 As another technical solution, this disclosure also provides a reaction chamber. The reaction chamber includes an electrostatic chuck provided by embodiments of this disclosure.

具体的に述べれば、いくつかの実施態様においては、図6に示されているとおり、反応チャンバ10がPVDチャンバを含む。ターゲットは、反応チャンバ10内に配置される。静電チャックは、ターゲット9の下方に配置される。静電チャックは、ウェファ11を担持するべく構成された断熱層12を含む。断熱層12は、圧力リング13によって加熱体3に固定され得る。 Specifically, in some embodiments, reaction chamber 10 comprises a PVD chamber, as shown in FIG. A target is placed in the reaction chamber 10 . An electrostatic chuck is placed below the target 9 . The electrostatic chuck includes an insulating layer 12 configured to carry wafer 11 . The insulating layer 12 may be fixed to the heating body 3 by means of pressure rings 13 .

リング形状のコネクタ4が、加熱体3のボトムに接続され、冷却パイプライン5の周囲を囲んで配置される。いくつかの実施態様においては、リング形状のコネクタ4が、チャンバの真空シールを実現するべく構成されたベローズ15に接続される。具体的に述べれば、リング形状のコネクタ4は、伝熱リングを含み得る。その伝熱リングの上側端部は、加熱体3のボトムに接続されており、その伝熱リングの下側端部にはリング形状の突出部が配置されている。リング形状の突出部は、伝熱リングの内壁に関して突出しており、伝熱プレート6と接触している。それに加えて、上側フランジがベローズ15のトップに配置され、リング形状の突出部によりシールされ、かつそれと接続される。下側フランジがベローズ15のボトムに配置され、反応チャンバのボトム・チャンバ壁にシールされて接続されているか、または反応チャンバ10の外側まで延び、昇降シャフト(図示せず)にシールされて接続されている。それに加えて、スルーホールが、ボトムのチャンバ壁に設けられている。このスルーホールは、ベローズ15の内側に位置する。昇降シャフトは、チャンバの外側からチャンバの内側へ、スルーホールを通って垂直上向きに延びている。この昇降シャフトには、ベローズ15の内側でスリーブが被着される。昇降シャフトの上側端部は、上側フランジと接続される。昇降シャフトの下側端部は、駆動源と接続される。その駆動源によって昇降シャフトが駆動されて、静電チャックを駆動して上下動させる。したがって、チャンバのシールが確保され得る。 A ring-shaped connector 4 is connected to the bottom of the heating element 3 and arranged around the cooling pipeline 5 . In some embodiments, a ring-shaped connector 4 is connected to a bellows 15 configured to provide a vacuum seal of the chamber. Specifically, the ring-shaped connector 4 may comprise a heat transfer ring. The upper end of the heat transfer ring is connected to the bottom of the heating element 3, and the lower end of the heat transfer ring is arranged with a ring-shaped projection. A ring-shaped protrusion protrudes relative to the inner wall of the heat transfer ring and is in contact with the heat transfer plate 6 . In addition, an upper flange is arranged on top of the bellows 15, sealed by a ring-shaped projection and connected therewith. A lower flange is located at the bottom of the bellows 15 and is sealingly connected to the bottom chamber wall of the reaction chamber or extends outside the reaction chamber 10 and is sealingly connected to a lift shaft (not shown). ing. In addition, through holes are provided in the bottom chamber wall. This through hole is located inside the bellows 15 . A lift shaft extends vertically upward from the outside of the chamber to the inside of the chamber through the through holes. This lifting shaft is sleeved inside the bellows 15 . The upper end of the lifting shaft is connected with the upper flange. A lower end of the lifting shaft is connected to a drive source. The drive source drives the elevating shaft to drive the electrostatic chuck to move it up and down. Sealing of the chamber can thus be ensured.

この開示によって提供される反応チャンバは、上に述べられている、この開示によって提供される静電チャックを使用することによって、プロセスの間にわたる加熱体の安定した温度コントロールを実現できる。したがって、ウィスカ欠陥が効果的に低減されるだけでなく、最適温度効率も獲得することが可能である。 The reaction chamber provided by this disclosure can achieve stable temperature control of the heater over the course of the process by using the electrostatic chuck provided by this disclosure as described above. Therefore, not only the whisker defects are effectively reduced, but also the optimum temperature efficiency can be obtained.

上記の実施態様が単に、この開示の原理の例証に使用された例示的な実施態様に過ぎず、この開示がそれに限定さないことは理解可能である。この分野の当業者は、この開示の精神および本質からの逸脱を伴うことなしに多様な修正や改良を行い得る。それらの修正および改良もまた、この開示の範囲内である。 It should be understood that the above-described implementations are merely exemplary implementations used to illustrate the principles of this disclosure and that this disclosure is not limited thereto. Various modifications and improvements can be made by those skilled in the art without departing from the spirit and essence of this disclosure. Those modifications and improvements are also within the scope of this disclosure.

1 加熱体
2 冷却パイプ、冷却パイプライン
3 加熱体
4 リング形状のコネクタ
5 冷却パイプ、冷却パイプライン
6 伝熱プレート
7 吸熱プレート
8 吸熱シート
9 ターゲット
10 反応チャンバ
11 ウェファ
12 断熱層
13 圧力リング
15 ベローズ
71 中心孔
REFERENCE SIGNS LIST 1 heating element 2 cooling pipe, cooling pipeline 3 heating element 4 ring-shaped connector 5 cooling pipe, cooling pipeline 6 heat transfer plate 7 heat absorption plate 8 heat absorption sheet 9 target 10 reaction chamber 11 wafer 12 heat insulation layer 13 pressure ring 15 bellows 71 central hole

Claims (11)

断熱層と、前記断熱層のボトムに配置された加熱体とを包含する静電チャックであって、さらに:
前記加熱体の下側に、前記加熱体から間隔が開けられて配置された、冷却液を移送するべく構成された冷却パイプラインと;
前記加熱体および前記冷却パイプラインのそれぞれと接続され、前記加熱体から前記冷却パイプラインへ熱を伝達するべく構成された壁部と、
を包含し、
ここで、前記壁部は、前記加熱体と前記冷却パイプラインとの間に配置される垂直部と、リング形状かつ前記リング形状の半径方向に延びる薄板状の伝熱プレートと、を含み、
前記伝熱プレートは、方向の厚さが前記半径方向の長さよりも小さく、
前記壁部は、さらに、リング形状のコネクタを含み、それにおいて、前記リング形状のコネクタは、前記加熱体のボトムに接続され、前記冷却パイプラインの周囲を囲んで配置され、
記伝熱プレートの前記半径方向における内側端部の上面は前記冷却パイプラインと接触し、前記伝熱プレートの前記半径方向における外側端部の上面は前記リング形状の前記コネクタと接触している、静電チャック。
An electrostatic chuck including a heat insulating layer and a heating element positioned at the bottom of the heat insulating layer, further comprising:
a cooling pipeline configured to convey a cooling liquid, positioned below the heating body and spaced from the heating body;
a wall portion connected to each of the heating body and the cooling pipeline and configured to transfer heat from the heating body to the cooling pipeline;
encompasses
wherein the wall portion includes a vertical portion disposed between the heating element and the cooling pipeline, and a thin plate-like heat transfer plate having a ring shape and extending in a radial direction of the ring shape ,
The heat transfer plate has a thickness in the axial direction smaller than the length in the radial direction,
the wall further comprises a ring-shaped connector, wherein the ring-shaped connector is connected to the bottom of the heating body and arranged around the cooling pipeline;
The upper surface of the radially inner end of the heat transfer plate is in contact with the cooling pipeline, and the upper surface of the radially outer end of the heat transfer plate is in contact with the ring-shaped connector . There is an electrostatic chuck.
前記伝熱プレートの前記軸方向の前記厚さおよび前記半径方向の前記長さ、および/または前記伝熱プレートの前記内側端部の前記上面が前記冷却パイプラインと接触する接触面積および前記外側端部の前記上面が前記リング形状の前記コネクタと接触する接触面積が、前記伝熱プレートの熱消散効率をコントロールするべく下記式(1)を満たすように設定される、請求項1に記載の静電チャック。
式(1) Q=λ(T1-T2)tA/δ
ここで、Qは前記伝熱プレートによって伝達される1秒当たりの熱量を示し、λは前記伝熱プレートの熱伝導率を示し、T1-T2は前記リング形状の前記コネクタと前記冷却パイプラインの間における温度差を示し、tは伝熱時間を示し、Aは前記伝熱プレートの前記内側端部の前記上面と前記冷却パイプラインとが接触する接触面積および前記伝熱プレートの前記外側端部の前記上面が前記リング形状の前記コネクタと接触する接触面積を示し、δは前記伝熱プレートの前記軸方向の前記厚さを示す。
the thickness in the axial direction and the length in the radial direction of the heat transfer plate, and/or the contact area and the outer surface where the upper surface of the inner end of the heat transfer plate contacts the cooling pipeline; 2. A contact area where the upper surface of the side edge contacts the ring -shaped connector is set so as to satisfy the following formula (1) in order to control the heat dissipation efficiency of the heat transfer plate. The electrostatic chuck described in .
Formula (1) Q=λ(T1-T2)tA/δ
where Q denotes the amount of heat transferred per second by the heat transfer plate, λ denotes the thermal conductivity of the heat transfer plate, and T1-T2 denotes the distance between the ring-shaped connector and the cooling pipeline. t is the heat transfer time, A is the contact area between the top surface of the inner end of the heat transfer plate and the cooling pipeline and the outer end of the heat transfer plate indicates the contact area where the upper surface of the contact with the ring-shaped connector, and δ indicates the thickness of the heat transfer plate in the axial direction.
前記伝熱プレートの熱消散効率は、10Wから500Wまでの範囲である、請求項2に記載の静電チャック。 3. The electrostatic chuck of claim 2, wherein the heat transfer plate has a heat dissipation efficiency ranging from 10W to 500W. 前記伝熱プレートと前記冷却パイプラインは、溶接によって接続される、請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck of claim 1, wherein the heat transfer plate and the cooling pipeline are connected by welding. 前記壁部は、さらに、
前記冷却パイプラインと接触し、前記加熱体の前記ボトムと対向して、前記加熱体によって熱放射態様で放射された熱を吸収して前記熱を前記冷却パイプラインへ伝達するべく構成された吸熱アッセンブリ、を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の静電チャック。
The wall further includes:
a heat sink in contact with the cooling pipeline and opposite the bottom of the heating body and configured to absorb heat radiated by the heating body in a radiant manner and transfer the heat to the cooling pipeline; 5. The electrostatic chuck of any one of claims 1-4, comprising an assembly.
前記吸熱アッセンブリは、
前記冷却パイプラインと固定的に接続された吸熱プレートと、前記吸熱プレートの表面に配置された前記加熱体と対向する複数の吸熱シートと、を含む、請求項5に記載の静電チャック。
The endothermic assembly comprises:
6. The electrostatic chuck of claim 5, comprising a heat absorbing plate fixedly connected to the cooling pipeline, and a plurality of heat absorbing sheets disposed on the surface of the heat absorbing plate and facing the heating element.
前記複数の吸熱シートは、異なる直径を伴った複数のリング構造の構造体を含み、前記複数のリング構造の構造体は、同心に配置される、請求項6に記載の静電チャック。 7. The electrostatic chuck of claim 6, wherein the plurality of heat absorbing sheets comprises a plurality of ring-shaped structures with different diameters, and wherein the plurality of ring-shaped structures are concentrically arranged. 前記冷却パイプラインは、前記吸熱プレートの軸周りに配置される、請求項6に記載の静電チャック。 7. The electrostatic chuck of claim 6, wherein the cooling pipeline is arranged around the axis of the heat sink plate. 前記冷却パイプラインと前記加熱体の間の垂直距離は、2mmから30mmまでの範囲である、請求項1に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck of claim 1, wherein the vertical distance between the cooling pipeline and the heating body ranges from 2mm to 30mm. 前記冷却パイプラインと前記加熱体の間の前記垂直距離は、5mmである、請求項9に記載の静電チャック。 10. The electrostatic chuck of claim 9, wherein said vertical distance between said cooling pipeline and said heating element is 5 mm. 請求項1から10のいずれか一項に記載の静電チャックを包含する反応チャンバ。 A reaction chamber containing an electrostatic chuck according to any one of claims 1-10.
JP2021517467A 2018-10-11 2019-09-19 Electrostatic chuck and reaction chamber Active JP7279156B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201821648321.2 2018-10-11
CN201811183845.3A CN111048460A (en) 2018-10-11 2018-10-11 Electrostatic chuck and reaction chamber
CN201811183845.3 2018-10-11
CN201821648321.2U CN208923079U (en) 2018-10-11 2018-10-11 Electrostatic chuck and reaction chamber
PCT/CN2019/106684 WO2020073779A1 (en) 2018-10-11 2019-09-19 Electrostatic chuck and reaction cavity

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022502861A JP2022502861A (en) 2022-01-11
JP7279156B2 true JP7279156B2 (en) 2023-05-22

Family

ID=70164227

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021517467A Active JP7279156B2 (en) 2018-10-11 2019-09-19 Electrostatic chuck and reaction chamber

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11837491B2 (en)
JP (1) JP7279156B2 (en)
KR (1) KR102434283B1 (en)
SG (1) SG11202102989RA (en)
TW (1) TWI725549B (en)
WO (1) WO2020073779A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN213951334U (en) * 2020-10-26 2021-08-13 北京北方华创微电子装备有限公司 Wafer bearing mechanism and semiconductor process equipment
CN112331607B (en) * 2020-10-28 2024-03-26 北京北方华创微电子装备有限公司 Electrostatic chuck and semiconductor processing apparatus
CN115142045B (en) * 2021-03-29 2023-12-19 鑫天虹(厦门)科技有限公司 Bearing disc capable of accurately adjusting temperature and thin film deposition device
WO2024091389A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-02 Lam Research Corporation Heat flow control in a processing tool

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000299288A (en) 1999-04-15 2000-10-24 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus
US6138745A (en) 1997-09-26 2000-10-31 Cvc Products, Inc. Two-stage sealing system for thermally conductive chuck
JP2001068538A (en) 1999-06-21 2001-03-16 Tokyo Electron Ltd Electrode structure, mounting base structure, plasma treatment system, and processing unit
JP2006165475A (en) 2004-12-10 2006-06-22 Nippon Dennetsu Co Ltd Heating and cooling structure of board to be treated
JP2009512193A (en) 2005-10-06 2009-03-19 ラム リサーチ コーポレーション Electrostatic chuck with radial temperature control capability
JP2010199107A (en) 2009-02-23 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Substrate support table of plasma processing device
JP2011529272A (en) 2008-07-23 2011-12-01 東京エレクトロン株式会社 High temperature electrostatic chuck
JP2014534614A (en) 2011-09-30 2014-12-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Electrostatic chuck with temperature control

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3297771B2 (en) * 1993-11-05 2002-07-02 ソニー株式会社 Semiconductor manufacturing equipment
JPH09213781A (en) * 1996-02-01 1997-08-15 Tokyo Electron Ltd Stage structure and processor using it
JP2000299371A (en) 1999-04-12 2000-10-24 Taiheiyo Cement Corp Electrostatic chucking device
JP5807032B2 (en) * 2012-03-21 2015-11-10 日本碍子株式会社 Heating apparatus and semiconductor manufacturing apparatus
CN104377155B (en) 2013-08-14 2017-06-06 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 Electrostatic chuck and plasma processing device
US9847240B2 (en) * 2014-02-12 2017-12-19 Axcelis Technologies, Inc. Constant mass flow multi-level coolant path electrostatic chuck
JP2016082216A (en) * 2014-10-09 2016-05-16 東京エレクトロン株式会社 Temperature control mechanism for workpiece, and method for selectively etching nitride film from multilayer film
US9728430B2 (en) 2015-06-29 2017-08-08 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Electrostatic chuck with LED heating
CN208923079U (en) 2018-10-11 2019-05-31 北京北方华创微电子装备有限公司 Electrostatic chuck and reaction chamber

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6138745A (en) 1997-09-26 2000-10-31 Cvc Products, Inc. Two-stage sealing system for thermally conductive chuck
JP2000299288A (en) 1999-04-15 2000-10-24 Tokyo Electron Ltd Plasma treatment apparatus
JP2001068538A (en) 1999-06-21 2001-03-16 Tokyo Electron Ltd Electrode structure, mounting base structure, plasma treatment system, and processing unit
JP2006165475A (en) 2004-12-10 2006-06-22 Nippon Dennetsu Co Ltd Heating and cooling structure of board to be treated
JP2009512193A (en) 2005-10-06 2009-03-19 ラム リサーチ コーポレーション Electrostatic chuck with radial temperature control capability
JP2011529272A (en) 2008-07-23 2011-12-01 東京エレクトロン株式会社 High temperature electrostatic chuck
JP2010199107A (en) 2009-02-23 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Substrate support table of plasma processing device
JP2014534614A (en) 2011-09-30 2014-12-18 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Electrostatic chuck with temperature control

Also Published As

Publication number Publication date
TW202015173A (en) 2020-04-16
KR20210041080A (en) 2021-04-14
WO2020073779A1 (en) 2020-04-16
TWI725549B (en) 2021-04-21
US11837491B2 (en) 2023-12-05
JP2022502861A (en) 2022-01-11
KR102434283B1 (en) 2022-08-19
US20220051923A1 (en) 2022-02-17
SG11202102989RA (en) 2021-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7279156B2 (en) Electrostatic chuck and reaction chamber
US20210087680A1 (en) Susceptor having cooling device
JP4994382B2 (en) Electrostatic chuck with radial temperature control capability
TWI533399B (en) Electrostatic chuck and plasma processing equipment
KR20100046909A (en) Electrostatic chucking apparatus and method for manufacturing thereof
TW201001612A (en) Substrate mounting table, substrate processing apparatus and substrate temperature control method
CN104752136B (en) A kind of plasma processing apparatus and its electrostatic chuck
TWI621206B (en) Mounting stage and plasma processing device
JP6140539B2 (en) Vacuum processing equipment
TWI765213B (en) Lined cooling components, reaction chambers and semiconductor processing equipment
CN105514016B (en) Bogey and semiconductor processing equipment
CN111383882B (en) Plasma processing apparatus and substrate holder for the same
TWI747104B (en) Substrate mounting table and plasma processing equipment capable of improving temperature control accuracy
JP5479180B2 (en) Mounting table
JP5325457B2 (en) Plasma processing equipment
CN113604786B (en) Heater of semiconductor device and semiconductor device
JP4326300B2 (en) Plasma CVD apparatus and electrode for plasma CVD apparatus
CN208923079U (en) Electrostatic chuck and reaction chamber
JP2009071210A (en) Susceptor and epitaxial growth system
TW201438099A (en) Substrate processing chamber components incorporating anisotropic materials
JP5696183B2 (en) Plasma processing equipment
CN111048460A (en) Electrostatic chuck and reaction chamber
JP5953012B2 (en) Substrate holding device
KR20080076432A (en) Plasma processing appratus
JP2009102744A (en) Plasma cvd device, and electrode for plasma cvd device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210326

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220428

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221101

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230425

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230510

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7279156

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150